PROYECTO “Estudio del papel de la alfa sinucleina y las células madre mesenquimales de placenta en la enfermedad de Parkinson, una de las dos enfermedades neurodegenerativas más frecuentes” Investigadora Principal: Dra. Ana Isabel Flores de la Cal INTRODUCCIÓN La enfermedad de Parkinson es un trastorno neurodegenerativo que, de forma lenta y progresiva, afecta al movimiento, el control muscular y el equilibrio. Se produce por la degeneración de las neuronas dopaminérgicas en la zona del cerebro que se conoce como sustancia nigra. La dopamina es un mensajero químico responsable de transmitir señales entre la sustancia negra y el cuerpo estriado, para producir movimientos suaves y decididos. La pérdida de dopamina produce patrones anormales de activación nerviosa dentro del cerebro que causan deterioro del movimiento. Cuando aproximadamente el 6080% de las células productoras de dopamina están dañadas aparecen los síntomas motores de la enfermedad. La enfermedad de Parkinson afecta a unos cuatro millones de personas en todo el mundo. En España más de 100.000 personas padecen esta patología, y cada año surgen veinte nuevos casos de enfermos de Parkinson por cada 100.000 habitantes. Además de los trastornos motores la enfermedad de Parkinson cursa con numerosos síntomas no motores que afectan a la esfera cognitiva (demencia, deficit de atención, psicosis), sensorial (sensibilidad al dolor, anosmia), al humor (depresión, ansiedad), al sueño (insomnio, fatiga crónica) y al sistema nervioso autónomo (hipotensión ortostática, sudoración excesiva, problemas urinarios, estreñimiento). 1 Diversas hipótesis atribuyen la enfermedad a factores genéticos (se han reconocido algunos genes mutantes como responsables), metabólicos (estrés oxidativo) o ambientales (plaguicidas, aluminio). El 10 % de los pacientes muestran predisposición genética. Histológicamente, la enfermedad se caracteriza por la presencia de los cuerpos de Lewy en las neuronas de la sustancia negra y el locus coeruleus, aunque también pueden aparecer en otras localizaciones del sistema extrapiramidal, como son los plexos entéricos de Auerbach y Meissner (1). Se trata de inclusiones intracitoplasmáticas compuestas por proteínas, ácidos grasos libres, esfingomielina y polisacáridos. El componente mayoritario de los cuerpos de Lewy son los agregados de la proteína alfa-sinucleína (2). A pesar de encontrarse en la mayoría de los compartimentos celulares, la presencia de alfa sinucleína es mayor en los terminales presinápticos (3) y, así, se le atribuye un papel en el transporte vesicular y en la liberación de neurotransmisores (4). El hallazgo de mutaciones por cambio de aminoácido, así como duplicaciones en el gen SCNA, que codifica para alfa- sinucleína, en pacientes con enfermedad de Parkinson familiar, sugiere un papel relevante de alfa-sinucleína en la etiología de la enfermedad (5). La proteína alfa-sinucleína se encuentra sin plegar a pH neutro, sin embargo, cuando se une a membranas o vesículas que contienen fosfolípidos ácidos adopta estructura de alfa-hélice. Bajo determinadas condiciones, alfasinucleína se agrega en forma de oligómeros que sufren una conversión gradual a estructuras fibrilares con plegamiento en hoja beta. Estas estructuras forman los cuerpos de Lewy y las evidencias apuntan a que son los intermediarios oligoméricos solubles los que son tóxicos para la célula. Recientemente se ha publicado el hallazgo de que neuronas, procedentes de mesencéfalo embrionario, y que habían sido trasplantadas a enfermos de Parkinson al menos diez años antes de su muerte, presentaban cuerpos de Lewy alfa-sinucleína positivos (6-8). Estas observaciones clínicas sugieren que alfa-sinucleína podría, por un mecanismo tipo prión, ser transferida entre neuronas (9, 10). Es posible detectar formas oligoméricas y monoméricas de 2 alfa sinucleína en líquido cefalorraquídeo y en el plasma de individuos sanos y de pacientes de Parkinson (11). En cultivos celulares también se han detectado monómeros y agregados de alfa-sinucleína en el medio de cultivo (12). Dado que en la enfermedad de Parkinson algunos de los síntomas no motores bastante frecuentes, tales como la pérdida del sentido del olfato (anosmia), las alteraciones del sueño y los síntomas gastrointestinales, pueden aparecer incluso años antes que los síntomas motores, se postula el posible origen de la enfermedad fuera del cerebro (13). El hallazgo de cuerpos de Lewy en dos lugares del tracto digestivo, esófago (14) y colon (15), así como en el plexo submucoso y en el plexo mientérico en el sistema nervioso entérico (ENS) de pacientes de Parkinson (16, 17), sustenta la posibilidad de que en los nervios periféricos pueda estar el origen de la enfermedad. El tracto digestivo y el cerebro están anatómicamente ligados a través del núcleo posterior del nervio vago, siendo ésta una de las regiones del cerebro que más tempranamente muestra la patología por cuerpos de Lewy en el transcurso de la enfermedad (18). Las neuronas del plexo submucoso y del plexo mientérico están expuestas, por su localización en el tracto digestivo, a numerosos agentes potencialmente dañinos, tales como los productos del metabolismo bacteriano, con capacidad de inducir estrés oxidativo y mecanismos inflamatorios (19, 20). Aún más, la composición de la flora bacteriana de los individuos está influenciada por factores genéticos y por factores ambientales tales como la dieta (21). En la Consulta de Trastornos de Movimiento del servicio de Neurología del Hospital 12 de Octubre se está realizando un tratamiento aprobado por las autoridades del hospital y las Agencias Española y Europea del Medicamento en enfermos con un grado avanzado de la enfermedad y sin otras alternativas terapéuticas. Este tratamiento se denomina Duodopa® y consiste en la administración de L Dopa en infusión continua en el duodeno. Para la administración del medicamento se requiere la realización de una dudodenostomía en los pacientes, lo que ofrece la posibilidad de obtener una 3 biopsia (previo firma del consentimiento informado) en el mismo acto terapéutico para estudiar la presencia de depósitos de alfa sinucleína a nivel de los plexos nerviosos submucosos y que podría ser útil para establecer medidas diagnósticas de la enfermedad de Parkinson en la práctica clínica. Este mismo procedimiento ya fue aprobado por el CEIC de este hospital para otro proyecto (“Estudio de un grupo de pacientes con enfermedad de Parkinson avanzada, subsidiarios de tratamiento con L-Dopa en infusión continua duodenal” a cargo del Dr. José A. Molina). En el presente proyecto dirigido por la Dra. Ana Isabel Flores de la Cal y con la colaboración del Dr. José Antonio Molina se pretende obtener muestras gástricas de los pacientes de parkinson que van a ser sometidos a una dudodenostomía para recibir el tratamiento de la Duodopa®. En las muestras se pretende primero analizar la presencia o ausencia de la proteína alfa sinucleína y, en su caso, estudiar la capacidad priónica de la alfa sinucleína en células nerviosas en cultivo y en las células madre de placenta. Todo se realizará con los correspondientes consentimientos informados para la obtención de las biopsias gástricas y de las placentas. REFERENCIAS 1 Braak H, de Vos RA, Bohl J, Del Tredici K. Gastric alpha-synuclein immunoreactive inclusions in meissner's and auerbach's plexuses in cases staged for parkinson's diseaserelated brain pathology. Neuroscience letters. 2006;396:67-72. 2 Spillantini MG, Schmidt ML, Lee VM, Trojanowski JQ, Jakes R, Goedert M. Alphasynuclein in lewy bodies. Nature. 1997;388:839-40. 3 Jakes R, Spillantini MG, Goedert M. Identification of two distinct synucleins from human brain. FEBS letters. 1994;345:27-32. 4 Norris EH, Giasson BI, Lee VM. Alpha-synuclein: Normal function and role in neurodegenerative diseases. Current topics in developmental biology. 2004;60:17-54. 5 Polymeropoulos MH, Lavedan C, Leroy E, Ide SE, Dehejia A, Dutra A, et al. Mutation in the alpha-synuclein gene identified in families with parkinson's disease. Science (New York, NY. 1997;276:2045-7. 6 Kordower JH, Chu Y, Hauser RA, Freeman TB, Olanow CW. Lewy body-like pathology in long-term embryonic nigral transplants in parkinson's disease. Nature medicine. 2008;14:504-6. 7 Li JY, Englund E, Holton JL, Soulet D, Hagell P, Lees AJ, et al. Lewy bodies in grafted neurons in subjects with parkinson's disease suggest host-to-graft disease propagation. Nature medicine. 2008;14:501-3. 4 8 Li JY, Englund E, Widner H, Rehncrona S, Bjorklund A, Lindvall O, et al. Characterization of lewy body pathology in 12- and 16-year-old intrastriatal mesencephalic grafts surviving in a patient with parkinson's disease. Mov Disord.25:1091-6. 9 Angot E, Steiner JA, Hansen C, Li JY, Brundin P. Are synucleinopathies prion-like disorders? 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Neurology. 1987;37:1253-5. 16 Wakabayashi K, Takahashi H, Takeda S, Ohama E, Ikuta F. Parkinson's disease: The presence of lewy bodies in auerbach's and meissner's plexuses. Acta neuropathologica. 1988;76:217-21. 17 Wakabayashi K, Takahashi H, Ohama E, Ikuta F. Parkinson's disease: An immunohistochemical study of lewy body-containing neurons in the enteric nervous system. Acta neuropathologica. 1990;79:581-3. 18 Braak H, Del Tredici K. Invited article: Nervous system pathology in sporadic parkinson disease. Neurology. 2008;70:1916-25. 19 Savidge TC, Sofroniew MV, Neunlist M. Starring roles for astroglia in barrier pathologies of gut and brain. Laboratory investigation; a journal of technical methods and pathology. 2007;87:731-6. 20 Gill SR, Pop M, Deboy RT, Eckburg PB, Turnbaugh PJ, Samuel BS, et al. Metagenomic analysis of the human distal gut microbiome. Science (New York, NY. 2006;312:1355-9. 21 Turnbaugh PJ, Ridaura VK, Faith JJ, Rey FE, Knight R, Gordon JI. The effect of diet on the human gut microbiome: A metagenomic analysis in humanized gnotobiotic mice. Science translational medicine. 2009;1:6ra14. HIPÓTESIS Existen depósitos de alfa sinucleína a nivel de la submucosa gástrica en pacientes afectos de Parkinson. Estos depósitos se pueden demostrar en el sujeto vivo a través de una biopsia tras la realización de una endoscopia digestiva alta en el marco de un procedimiento terapéutico (realización de una 5 duodenostomía para la colocación de un dispositivo de administración continua de Levodopa duodenal o Duodopa®). Nuestro grupo de Medicina Regenerativa del Instituto de Investigación Hospital 12 de Octubre (i + 12) ha aislado y caracterizado unas células de tipo mesenquimal de la placenta humana con gran capacidad regenerativa y de inmunoprotección. El presente proyecto pretende estudiar si la alfa-sinucleina presente en las muestras gástricas de los pacientes de parkinson es capaz de actuar como un factor priónico capaz de infectar las células madre mesenquimales sin diferenciar, células neurales obtenidas mediante diferenciación de células madre mesenquimales de placenta, y compararlo con el efecto obtenido sobre cultivo de líneas de células neurales. OBJETIVOS: 1.- Determinar la presencia de depósitos de alfa-sinucleina en los plexos nerviosos submucosos gástricos. 2.- Analizar si esta alfa-sinucleina es capaz de actuar como un factor priónico capaz de infectar líneas de células neurales en cultivo, células neurales obtenidas mediante diferenciación de células madre mesenquimales de placenta, y las células madre mesenquimales sin diferenciar. PARTICIPANTES Investigador principal: - Dra. Ana Isabel Flores de la Cal, Grupo de Medicina Regenerativa, Instituto de Investigación Hospital 12 de Octubre. Colaboradores: 6 - Dr. José Antonio Molina, Médico Adjunto de Neurología del H.U.12 de Octubre de Madrid. - Dr. Jesús Grande García, Jefe de Sección de Ginecología y Obstetricia del H.U. 12 de Octubre de Madrid y miembro del Grupo de Medicina Regenerativa del Instituto de Investigación Hospital 12 de Octubre (i+12) - Dr. Álvaro Sánchez Ferro, Médico Especialista en Neurología. - Dr. Fernando Canga Rodríguez-Valcárcel, Médico Adjunto Servicio Medicina de Aparato Digestivo. Hospital 12 de Octubre de Madrid. - Dra. Paz de la Torre Merino, “ex−becaria” del Grupo de Medicina Regenerativa del Instituto de Investigación Hospital 12 de Octubre (i+12) Fdo. Dra. Ana I. Flores (Investigadora principal) Centro de Investigación, Grupo de Medicina Regenerativa, Instituto de Investigacion Hospital 12 de Octubre Avda. Cordoba s/n, Madrid 28041, Spain Telephone: +34 913908762 Fax: +34 913908544 E-mail: aflores.hdoc@salud.madrid.org 7